【自行車教室】自行車踩踏技術可以量化嗎?

如果我們把曲柄當作時鐘來看,1點到5點之間為主要的「施力區」,在此區間內所施的力都能有效地為腳踏車產生向前的動力,其中又以3到4點鐘方向產生的力矩最大(因為力臂最長)。12點跟6點則分別是上、下死點,因為在這兩點沒有力臂,所以不管踩得多用力對前進都沒有幫助。至於後半段的7到11點,可說是踩踏技術優劣的分水嶺。

踩踏圖片取自《鐵人三項訓練聖經》(2011)



從機械力學的角度來看,如果能夠對大盤進行360度均勻地施力當然最具效率,就像引擎一樣把動力平均施加到齒盤的每一個齒片上。但實際上我們人類的腳天生就不適合這種運動模式。人類演化至今,發展出強壯的股四頭肌,再加上地心引力的關係,往下踩這個動作對於這雙腿來說可說是習以為常。但往上提又是另一回事了,除了負責上拉的肌群(在大腿上方的髂腰肌與腿後肌群)相對比較弱之外,還得要克服地心引力,所以要透過提拉來驅動後輪就會費力很多。

用力往下踩人人都會,差別就在於能產生多大的功率而已。踩踏技術的關鍵是:
  • 下踩時另一隻腳的「重量」是否完全離開踏板,又不花多餘的力氣作出提拉以驅動踏板。
  • 上拉及下踩結束後能不能「順暢」地劃過上、下死點。

當前方腳處於3到4點鐘方向時,踩踏最具有效率,但與此同時如果後方腳「完全沒有做出上提動作」,那麼整隻腳的重量(約10公斤)就會成為前方腳的阻力。試想想每轉動曲柄一圈所輸出的功率除了要用來驅動腳踏車前進之外,還要克服這10公斤的重量,就好比跑步時綁著10公斤的沙包在腿上,既跑不快也跑不遠。

如果想要拿掉這個「沙包」,訓練雙腿提拉的技巧是不二門法,只要能夠在7到11點鐘方向時作出適當的提拉,下踩的力量就能夠全作為前進之用。但問題來了,究竟我們如何得知自己已經懂得運用這套技術呢?換一個問法,我們要如何得知這額外的10公斤已經不見了?
以往在只有大盤式跟花鼓式功率計的時代裡,雖然可以知道總共輸出了多少功率,為體能訓練這一塊帶來革命性的影響,但有關踩踏技術的層面大家仍都只能「憑感覺」,技術好不好只有自己才知道。但隨著科技的進步,近年在市面上已推出了好幾款分腿式功率計(例如Garmin Vector、Rotor Inpower等),這種設計的好處在於能夠針對單腳進行個別測量,現在的你不只可以知道功率輸出有多少,甚至連踩踏技術也能夠作出量化,量化的數據包括:
  • 踩踏平衡:左右腳輸出的力量是否平均。
  • 扭矩效率:腿部的重量是否留踏板上。
  • 踩踏順暢度:用力程度是否忽重忽輕、是否有過度上拉的情況。
這三種據,能讓我們更具體地瞭解自己踩踏技術的優劣。

【有效扭力】(Torque Effectiveness)
下圖是一名自行車手踩動曲柄一圈的功率示意圖,X軸是曲柄的角度,Y軸是輸出功率的大小。從這張圖中可以觀察到兩個關於踩踏的重點:當曲柄在0度到180度之間,所產生的功率是最大的,特別是在90度時(3點鐘方向),出現功率值的最高峰。另外,在過下死點之後(180度之後),會出現「負功率」,代表此時所產生的功率完全無助於自行車前進,甚至會減少幫助前進的正功率。負功率的產生正是因為腿部的重量還留踏板上,使它成為另一隻腳往下踩時的負荷之一。


◎P+ 代表正功率,是踩踏到曲柄的力量(90度時的力矩最大)
◎P- 代表負功率,即無助於前進的功率
◎有效扭力 = (正功率 + 負功率)/正功率×100%


從公式可見,當後方腳所做成的負功率愈小(或等於零),扭矩效率(Torque Effectiveness)就會愈大:「這正是判斷技術好壞的關鍵」。當扭矩效率為100%時,代表單腳轉動一圈時完全沒有產生任何負功率(在7到11點鐘方向沒有重量留在踏板上),所有的功率皆轉化成向前的動力上。

扭矩效率跟踩踏的迴轉速有很大的關係。迴轉速愈高(>90rpm),愈難達到較高的扭矩效率,因為後方腳會跟不上踏板,造成愈多負功率。但如果要刻意加快後方腳上提的速度,又會容易造成上拉肌群的疲勞。基本上在平路或下坡的時候,由於慣性較高,負功率對前進的影響不多,所以扭矩效率只要不低於60%便足夠了。

在迴轉速較低情況下(<80rpm),通常是在爬坡的時候,上拉技術優秀的選手其扭矩效率大多會處於90%以上,主要是因為踏板的移動的速度較慢,後方腳相對容易跟上,甚至很可能會在7到11點鐘方向之間產生正功率。

扭矩效率在爬坡時是非常重要的數據。如果選手不善於上提的技術,在爬坡時只會更慢、更費力。假設現在有兩名體能相當、體重同樣是60公斤的選手、並騎著相同的腳踏車同時進行爬坡:
  • A選手輸出250W,擁有良好技術的他扭矩效率平均為95%
  • B選手輸出300W,但扭矩效率平均只有70%。
現在我們來分析誰會爬得比較快。如果單從功率高低的角度來看的話,B選手擁有絕對的優勢,因為在相同體重的情況下,他可以輸出300W,功率體重比高達5W/kg,而A選手只有250W,功率體重比只有4.2W/kg。但我們再來看看他們的扭矩效率,B選手的扭矩效率是70%,代表在這300W當中,只有210W是有效用來驅動腳踏車前進,其餘的90W被浪費在克服後方腳的重量上。反觀A選手,扭矩效率為95%,所以他有高達238W是用在前進上,比起B選手的210W還高出28W,速度自然也會比較快。因此,A選手雖然功率輸出較B選手差,但擁有優異踩踏技術的他把輸出的功率運用得淋漓盡致,所以還是比B選手更快攻頂。


【踩踏平整度】(Pedal Smoothness)
現在我們知道產生負功率是不好的,那是不是都把後方腳用力往上拉、製造更多出正功率就是最好呢?答案是否定的。接著要介紹的「踩踏順暢度」(Pedal Smoothness)可以告訴我們答案。

由於人類雙腿的生理構造,天生就較適合往下踩,所以當我們轉動曲柄一圈時,0度到180度這前半圈之間加總起來的力量(下踩)會比起後半圈(上拉)都要高。踩踏順暢度是計算曲柄轉動一圈後,其平均功率與最大功率之間相差多少百分比,數值愈高,代表一整圈的功率愈平均。


◎Pmax 是轉動一圈中的最大功率值
◎Pavg 是轉動一圈的功率平均值
◎踩踏平整度 = (轉動一圈的平均功率)/(圈中的最大功率) x 100%

但我們知道,要讓雙腳達到100%平均用力是不太可能的,因為上拉肌群的力量比起下踩肌群弱太多了,下踩的力道一定會比上拉的高且更有效率。如果我們把後方腳刻意快速往上拉,前方腳輕輕的往下放時,踩踏順暢度會明顯提高,但同時你會快速感到疲勞,因為身體根本不習慣用力地上拉。因此可以知道這種騎法是沒有效率的,7到11點鐘方向並不是拉得愈用力愈好。

根據統計,踩踏順暢度只要在10到40%之間就屬於在正常範圍內,所以我們其實並不需要過份上拉來取得更高的踩踏順暢度,只要維持在10到40%便已足夠。



作者:羅譽寅、編輯:徐國峰


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